Номер 8, страница 114, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Движение, взаимодействие, масса. Параграф 30. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 8, страница 114.

Условие.

• Может ли изменяться масса тела.

Решение.

Да, масса тела может изменяться. Ответ на этот вопрос зависит от того, в рамках какой физической теории его рассматривать.

Решение

В рамках классической (ньютоновской) механики

В классической физике масса тела считается его фундаментальной, неизменной характеристикой, мерой его инертности и количества вещества. Для замкнутого тела, которое не обменивается веществом с окружающей средой, масса остается постоянной.

Однако, если рассматривать незамкнутые (открытые) системы, их масса может изменяться за счет добавления или удаления вещества. Например:

• Масса ракеты уменьшается по мере сгорания и выброса топлива.
• Масса снежного кома, катящегося с горы, увеличивается за счет налипания нового снега.
• Масса ведра с водой под дождем будет увеличиваться.

В этих случаях изменяется масса системы, состоящей из определенного набора частиц, а не масса самих элементарных частиц.

В рамках релятивистской физики (теории относительности Эйнштейна)

Теория относительности вводит более сложное понимание массы, которое связывает ее с энергией и скоростью движения.

1. Зависимость массы от скорости. Инертные свойства тела, то есть его сопротивление изменению скорости, растут с увеличением скорости. Эту зависимость можно описать понятием релятивистской массы $\text{m}$, которая связана с массой покоя $m_0$ (масса тела в системе отсчета, где оно неподвижно) и скоростью $\text{v}$ следующим соотношением:

$m = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}$

где $\text{c}$ — скорость света в вакууме. При увеличении скорости $\text{v}$ релятивистская масса $\text{m}$ растет и стремится к бесконечности при $v \to c$. Стоит отметить, что в современной физике чаще оперируют понятием инвариантной массы покоя $m_0$, а рост инертных свойств описывают через энергию и импульс.

2. Эквивалентность массы и энергии. Согласно знаменитой формуле Эйнштейна, масса связана с энергией:

$E = mc^2$

Это означает, что любое изменение полной энергии тела $\text{E}$ приводит к изменению его массы $\text{m}$. Даже масса покоя тела $m_0$ не является абсолютно неизменной. Она может меняться при изменении внутренней энергии тела $E_0$.

$\Delta m_0 = \frac{\Delta E_0}{c^2}$

Например:

• При нагревании тела его внутренняя энергия увеличивается, а следовательно, очень незначительно возрастает и его масса покоя. При охлаждении — масса уменьшается.
• В ядерных реакциях (синтез, распад) происходит значительное изменение массы. Сумма масс продуктов реакции не равна сумме масс исходных частиц. Разница (дефект масс) выделяется или поглощается в виде огромного количества энергии. Это самое яркое проявление изменения массы тела.

Ответ: Да, масса тела может изменяться. В классической механике это происходит при обмене веществом с окружающей средой (например, у летящей ракеты). В релятивистской физике масса тела зависит от его энергии (например, изменяется при нагревании или в ходе ядерных реакций) и увеличивается с ростом его скорости относительно наблюдателя.